牙膏用二氧化硅銅耗值的研究

王憲偉 陳艷芳 鄭松玲 鄭依璇 侯燦明

(金三江(肇慶)硅材料股份有限公司, 廣東 肇慶 526000)

1 前言

牙膏是一種可清潔護理口腔牙齒的日常用品，其作用是能夠清潔口腔、清潔牙齒表面、去除牙菌斑，使用之后能夠有清爽和舒適的感覺。使用者希望牙膏可以做到既能清潔口腔，又不磨損牙釉質(zhì)，必須具有合適的清潔能力。牙膏的清潔能力高低與牙膏的磨擦清潔能力直接相關(guān)，合理地提高牙膏的磨擦清潔能力可有效地提升其清潔能力。

作為透明牙膏磨料的二氧化硅，一般可以分為增稠型、普通磨擦型和高磨擦型，其磨擦性能會直接影響到其制備的牙膏清潔能力[1]。RDA值是行業(yè)內(nèi)公開認可以衡量二氧化硅磨擦性能大小的重要測定指標[2]，然而，由于RDA值的檢測操作是比較復(fù)雜的，而且其實驗要求比較高，目前國內(nèi)幾乎還沒有檢測機構(gòu)可以測定RDA值。與RDA值的檢測操作相比較，銅耗值的測定是更加方便快捷的，而且其可操作性更強，并且銅耗值和RDA值兩者間存有一定的正比例關(guān)系[3]。因此，在本研究實驗過程中采取了檢測銅耗值的方法。

為了實現(xiàn)牙膏的清潔效果和成本優(yōu)化等目的，牙膏配方設(shè)計人員選擇二氧化硅作為牙膏磨料時，不只僅僅使用一種型號的二氧化硅粉體，而是會結(jié)合實際情況選擇兩種或兩種以上型號的二氧化硅粉體，進行多種比例復(fù)配，以達到預(yù)期目的。基于此，本研究將通過不同比例和不同型號的二氧化硅進行復(fù)配，檢測其相應(yīng)的銅耗值，本研究旨在總結(jié)歸納其銅耗值的規(guī)律，為設(shè)計人員在牙膏配方設(shè)計時提供可借鑒的依據(jù)。

2 實驗研究

2.1 儀器和試劑

儀器：銅耗測定儀，純水儀器

試劑：高磨擦型二氧化硅，普通磨擦型二氧化硅，增稠型二氧化硅，均由金三江(肇慶)硅材料股份有限公司提供；山梨醇，由肇慶煥發(fā)生物科技有限公司提供。

2.2 銅耗值的測定方法

用蒸餾水洗滌干凈銅片并烘干，標記好銅片，稱量并記錄銅片的重量；再將銅片輕輕地安放固定好在物料池的卡槽中；準確將不同比例和不同型號的二氧化硅粉體分散于山梨醇中，攪拌均勻后倒入物料池中浸沒銅片；經(jīng)來回磨擦10000次測試結(jié)束后，清洗銅片并烘干，稱量銅片磨擦前后的差值，即得到銅耗值。

3 結(jié)果和討論

3.1 不同型號二氧化硅測得的銅耗值

3.1.1 高磨擦型二氧化硅測得的銅耗值

表1 高磨擦型二氧化硅測得的銅耗值

圖1 高磨擦型二氧化硅測得的銅耗值

由表1和圖1，可以得出，在0至20%的高磨擦型二氧化硅分散于山梨醇中，測得的其銅耗值隨著粉體的比例增加而增加，且銅耗值上升趨勢逐漸趨于平緩。

3.1.2 普通磨擦型二氧化硅測得的銅耗值

表2 普通磨擦型二氧化硅測得的銅耗值

圖2 普通磨擦型二氧化硅測得的銅耗值

由表2和圖2，可以得出，在0至20%的普通磨擦型二氧化硅分散于山梨醇中，隨著二氧化硅粉體比例的增加，測得的其銅耗值也隨之增加，且銅耗值上升趨勢逐漸趨于平緩；這同與高磨擦型二氧化硅測得的銅耗值趨勢相一致。

3.1.3 增稠型二氧化硅測得的銅耗值

表3 增稠型型二氧化硅測得的銅耗值

圖3 增稠型型二氧化硅測得的銅耗值

由表3和圖3，可以得出，在0至17.5%的增稠型二氧化硅分散于山梨醇中，隨著粉體的比例增加，測得的其銅耗值先升高再下降。推測其原因為：溶液中增稠型硅粉比例增大時，其粘稠度變大，影響到其銅耗值的檢測。同時，由于20%的增稠型二氧化硅分散于山梨醇中配制而成的溶液，過于粘稠，未能準確測試出其銅耗值。

3.2 兩種不同型號的硅粉復(fù)配測得的銅耗值

3.2.1 高磨擦型和普通磨擦型的硅粉復(fù)配測得的銅耗值

經(jīng)不同比例的高磨擦型和普通磨擦型二氧化硅復(fù)配測得的銅耗值，由表4和圖4研究發(fā)現(xiàn)：固定普通磨擦型占比，隨著高磨擦型占比提升，其測得的銅耗值逐漸提升。而固定高磨擦型占比，隨著普通磨擦型占比提升，其測得的銅耗值逐漸降低。這是一個與之前認知相反的結(jié)論。原來推測是，如果將高磨擦型和普通磨擦型二氧化硅復(fù)配測得的銅耗值，將會有所提升，然而實際測試不是這樣的。兩種硅粉磨料復(fù)配之后，其銅耗值降低的原因，推測是：普通磨擦型的銅耗值遠小于高磨擦型的，在銅耗測試，普通磨擦型硅粉對高磨擦型硅粉起到了緩沖的作用。這可用于牙膏工藝師在設(shè)計配方時做參考，以設(shè)計合理的膏體的銅耗值。

表4 高磨擦型和普通磨擦型二氧化硅復(fù)配測得的銅耗值表

圖4 高磨擦型和普通磨擦型二氧化硅復(fù)配測得的銅耗值

3.2.2 高磨擦型和增稠型的硅粉復(fù)配測得的銅耗值

表5 高磨擦型和增稠型二氧化硅復(fù)配測得的銅耗值表

圖5 高磨擦型和增稠型二氧化硅復(fù)配測得的銅耗值

經(jīng)不同比例的高磨擦型和增稠型二氧化硅復(fù)配測得的銅耗值，由表5和圖5研究發(fā)現(xiàn)：固定增稠型占比，隨著高磨擦型占比提升，其測得的銅耗值逐漸提升。而固定高磨擦型占比，改變增稠型占比為5%和10%，發(fā)現(xiàn)測得10%的銅耗值小于5%的銅耗值，其原因推測是：在銅耗測試，增稠型硅粉對高磨擦型硅粉起到了緩沖的作用。同時，實驗過程中，添加15%和20%的增稠型硅粉，由于溶液過于粘稠，未能測試出其銅耗值。

3.2.3 普通擦型和增稠型的硅粉復(fù)配測得的銅耗值

表6 普通擦型和增稠型二氧化硅復(fù)配測得的銅耗值表

經(jīng)不同比例的普通磨擦型和增稠型的硅粉復(fù)配測得的銅耗值，由表6研究發(fā)現(xiàn)：固定增稠型占比，隨著普通磨擦型占比提升，其測得的銅耗值逐漸提升。同時，實驗過程中，添加10%或15%的增稠型硅粉，由于溶液過于粘稠，無法測得其銅耗值。

圖6 普通擦型和增稠型二氧化硅復(fù)配測得的銅耗值

3.3 相近銅耗值所需硅粉的比較

實驗過程中，發(fā)現(xiàn)一現(xiàn)象：同一區(qū)段內(nèi)的銅耗值，可以有多種不同的硅粉配方組合。這也將為牙膏工藝員設(shè)計牙膏配方時，提供一種思路：通過選取不同比例的硅粉，以實現(xiàn)銅耗值和成本最優(yōu)的設(shè)計理念。例如：

3.3.1 銅耗值在18.00～18.50毫克之間，如表7可以選取：10%的高磨擦型、10%的高磨擦型和5%普通磨擦型復(fù)配、15%的高磨擦型和5%普通磨擦型復(fù)配。

表7 銅耗值在18.00～18.50毫克之間的統(tǒng)計表

3.3.2 銅耗值在14.00～15.00毫克之間，如表8可以選取：10%的高磨擦型和10%普通磨擦型復(fù)配、20%的高磨擦型和15%普通磨擦型復(fù)配、10%的高磨擦型和5%增稠型復(fù)配、15%的高磨擦型和10%增稠型復(fù)配。

表8 銅耗值在14.00～15.00毫克之間的統(tǒng)計表

4 結(jié)論

用作牙膏磨料的二氧化硅，其磨擦性能的大小直接影響到牙膏清潔性能的大小。本研究將通過不同比例的二氧化硅的進行復(fù)配，檢測其相應(yīng)的銅耗值，得出以下結(jié)論：

①高磨擦型和普通磨擦型二氧化硅的銅耗值，隨著二氧化硅粉體的比例增加，測得的其銅耗值也隨之增加，且銅耗值上升趨勢逐漸趨于平緩；

②高磨擦型和普通磨擦型二氧化硅進行復(fù)配之后的銅耗值，研究發(fā)現(xiàn)：固定高磨擦型占比，改變增稠型占比為5%和10%，發(fā)現(xiàn)測得10%的銅耗值小于5%的銅耗值，其原因推測是：在銅耗測試時，增稠型硅粉對高磨擦型硅粉起到了緩沖的作用。

③同一區(qū)段內(nèi)的銅耗值，可以有多種不同的硅粉配方組合，通過選取不同比例的硅粉，以實現(xiàn)銅耗值和成本最優(yōu)的設(shè)計理念。

本實驗采取銅耗值來衡量二氧化硅的清潔性能的大小。為實現(xiàn)清潔效果和成本優(yōu)化等目的，為牙膏設(shè)計研發(fā)人員在設(shè)計牙膏配方過程中提供可借鑒的依據(jù)。